基本信息
- 项目名称：
- 稻壳制备二氧化硅响应面法工艺优化
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 为了提高SiO2的提取率，采用响应面法对以稻壳为原料制取SiO2酸浸时间、煅烧温度、煅烧时间三个因素进行了优化研究，建立了SiO2提取率的二次多项式数学模型，并分析模型的有效性与因子间的交互作用。
- 详细介绍：
- 实验设计采用响应面中心组合设计理论，酸浸时间（h），煅烧温度（℃）及煅烧时间（h）真实值分别采用X1，X2，X3表示，对各因子进行编码，借助Design-Expert7.0软件运用Box-Behnken实验设计方法确定最佳的提取SiO2的因素水平。并进行多元回归拟合分析，得到SiO2提取率与酸浸时间、煅烧温度、煅烧时间各因素变量的二次方程模型。根据回归方程作出响应面图和等高线图。响应面图是相应值对各实验因素所构成的三维空间曲线图，曲面越陡，表明该因素对实验结果的影响越大，相应表现为响应值变化的大小。等高线的形状可反应出交互效应的强弱，椭圆表示两因素交互作用显著，而圆形表示两因素交互作用不显著。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的:稻壳利用率低且稻壳中富含SiO2,但稻壳为原料制备SiO2的工艺条件并不成熟，需要进一步探究。 思路：在正交试验基础之上，借助Design-Expert7.0软件运用Box-Benhnken中心组合实验设计方法，建立提取率与三影响因素的数学模型，同时分析两因素间是否存在交互作用，进而确定最佳的提取SiO2的因素及水平。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性:原材料稻壳中含有3%～22%的SiO2，因此可以制取SiO2。 独特之处：试验通过应用软件来建立数学模型，进而深入研究各因素之间存在的关系，通过数学模型方程能较为准确的得出各因素处在何值时对SiO2提取率有最大影响，并综合确定最佳工艺条件。
应用价值和现实意义
- 1．节能环保，物质多级化利用 2．进一步研究其工艺过程对产品的影响 3．提升产品质量：稻壳制备SiO2能保留了原有的硅骨架，此骨架呈现多孔高表面比型，具有做纳米级SiO2的前提条件。
学术论文摘要
- 摘要：为了提高SiO2的提取率，采用响应面法对以稻壳为原料制取SiO2酸浸时间、煅烧温度、煅烧时间三个因素进行了优化研究，建立了SiO2提取率的二次多项式数学模型，并分析模型的有效性与因子间的交互作用。结果表明，三个因素对SiO2提取率影响大小依次为：煅烧时间＞酸浸时间＞煅烧温度，优化工艺条件：煅烧时间1.495h，酸浸时间36h，煅烧温度620℃，SiO2最大提取率为73.4%，在最佳工艺条件下得到实验结果与模型预测值很吻合，证明所建模型可行，对产物XRD衍射分析，表明该产物为非晶态SiO2。
获奖情况
- 陈龙,高枫,黄飞等.稻壳制备活性炭和二氧化硅的研究进展[J].辽宁化工,2010,39(6)：631-634页
鉴定结果
- 经查国内外文献，鲜有应用响应面法于无机化工方面相关报道
参考文献
- [1] 卫延安，朱春山，蔡春，等. 由稻壳灰制备活性炭的工艺及应用研究 [J].中国粮食学报，2003，18(6)：29-31. [2] 刘厚凡，甘露，李日生，等. 稻壳制备白炭黑新工艺研究 [J].无机盐工业，2007，39(2)：40-42. [3] 于欣伟，赵国鹏，徐广蕙，等. 用稻壳灰制取白炭黑工艺中提取率影响因素研究 [J].化学工程，1998，26(4)：51-55.
同类课题研究水平概述
- 目前国内生产SiO2，主要采用气相法工艺路线，其所用原材料价格昂贵，工艺复杂，使其产品的生产成本较高。用稻壳制备SiO2，所用工艺路线简单，经济成本低，具有广阔的推广前景，所以，利用有关科学知识和技术手段来探寻提取SiO2最佳工艺条件显得尤为必要。 SiO2作为一种无机非金属材料被广泛应用于各领域，需求量大且质量要求高。针对这一情况，本着高附加值，保护环境的目的，对稻壳进行深度加工和综合利用，以探索一条利用稻壳的新的出路。 近几年，通过稻壳制备SiO2的方案备受学者关注，但这些只是停留起步阶段。根据稻壳组成，证明了其具有制备高纯纳米SiO2的条件，目前稻壳制备SiO2仅停留在单因素的研究基础上，很难分析出最佳工艺条件，而本实验通过数学模型方程，能较为准确的得出各因素处在何值时对SiO2提取率有最大影响，并综合确定最佳工艺条件。经实验检验该模型合理可靠，为稻壳制备SiO2工艺的改进提供参考方案。我们有理由相信，经过广大科学工作者的共同努力，由稻壳制备SiO2会渐趋成熟，并能实现工业放大化。
